胖大海提取液阻断草酸钙结石形成的实验研究

王润霞 王秀芳 沈玉华 鲁文胜

（1 安徽师范大学化学与材料科学学院，安徽 芜湖 241000）

（2 安徽医学高等专科学校药学系，安徽 合肥 230601）

（3 安徽建筑大学材料与化学工程学院，安徽 合肥 230601）

（4 安徽大学化学化工学院，安徽 合肥 230039）

（5巢湖学院化学化工与生命科学学院，安徽 合肥 238000）

尿结石是泌尿系统各部位结石病的总称，是泌尿系统的常见病。尿结石实际上某些物质在人体发生了异常矿化，是一种生物矿石[1]，其中70-80%的晶体成分为草酸钙（CaOxa），它的存在有三种形式：一水草酸钙（CaOxa·H2O，COM）、二水草 酸 钙 （CaOxa·2H2O，COD） 和三 水 草 酸 钙（CaOxa·3H2O，COT），COM 热力学最稳定， 其次是COD，最不稳定的是COT。由于COM热力学稳定状态较高，因此约70%以上的草酸钙结石是这种晶型[2]。尿结石发病率、复发率较高[1]，如何预防尿结石的形成是医学领域的热点问题。

研究表明，许多植物药已经成为预防和治疗尿结石的重要医疗手段，因为其对尿结石有预防和治疗效果且具有信价比较高、副作用较小的优点[3]。

目前，我国治疗泌尿结石已尝试采用中草药方剂的方法，并对其治疗机制进行了初步的探索[4-9]。 中药胖大海（sterculia scaphigera）又名大海子、通大海、大洞果、安南子、大发等，为梧桐科苹婆属灯籽萍婆的成熟种子，主产于东南亚，其中老挝产量最大，经引种栽培，广东、海南岛亦产[10-12]，是传统的清咽利喉的药食两用药材。曾有文献报道[13]胖大海阻断草酸钙结晶形成的临床观察，但对其阻断机制未见报道。本论文研究了单味中药胖大海不同浓度的提取液对正常人体尿液中草酸钙晶体生长的影响及其化学基础，这将为胖大海在临床上作为防治尿结石的有效药物提供理论的依据。

1 实验部分

1.1 试剂

分析纯草酸钠 （常州苏杭精细化工有限公司），分析纯无水氯化钙（章丘市鲁洪化工有限公司），水为二次水。胖大海为广东所产。

1.2 仪器

扫描电子显微镜（SEM）为日立牌S4800型，加速电压0.1～30KV；用 MAP18XAHF型X-射线衍射仪进行物相测试，扫描速度40/min；用德国Bruker公司生产的Equinox55型傅立叶变换红外吸收光谱仪测试样品的红外光谱；用北京时代北利离心机有限公司生产的GT10-1型高速台式离心机进行离心操作。

1.3 实验方法

1.3.1 尿液处理

将质量浓度为2%的叠氮化钠溶液0.5ml加在收集的正常人尿液200ml中，以防止尿液变质。之后，过滤尿液，在滤液中加入200ml生理盐水稀释，搅拌均匀后待用。

1.3.2 胖大海提取液的制备

秤取胖大海100g于砂锅中，加入二次蒸馏水4000ml，煮沸60分钟，进行过滤，将滤液收集。再加4000ml二次蒸馏水于留有滤渣的砂锅内，煮沸40分钟，再进行过滤，将滤液收集。将两次滤液进行合并，继续煮沸浓缩，分别浓缩成含生药 0.1g·ml-1，0.2g·ml-1，0.5g·ml-1，1.0g·ml-1的胖大海提取液，并将转速调整为11000转/分，分别用高速离心机进行离心，取出上面的清液备用。

1.3.3 胖大海提取液对草酸钙晶体生长的影响实验

将 50ml 5mmol·L-1的 Na2C2O4溶液、25ml经处理的尿液、50ml 5mmol·L-1的 CaCl2溶液和50ml二次蒸馏水依次加入一只洁净的烧杯中，搅拌均匀，经24h静置陈化后离心分离，所得样品干燥后待测。 分别用含生药 0.1g·ml-1、0.2g·ml-1、0.5g·ml-1、1.0g·ml-1的胖大海提取液替换二次水，同法操作，所得样品干燥后分别用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪、红外光谱仪进行测试。

2 结果与讨论

2.1 不同浓度的胖大海提取液对草酸钙晶体生成的影响

2.1.1 样品的SEM表征

图1 不同浓度胖大海提取液中草酸钙的SEM图

图1为通过扫描电镜观察到的草酸钙晶体在不同条件下形成的形貌。未加胖大海提取液时尿液中生长的草酸钙晶体为不规则的六边形片状结构（图 1a）；当加入 0.1g·ml-1有两种形貌（图1b），一种是大小不一的不规则的六边形片状结构，另一种是四方锥形晶体；当加入0.2g·m l-1胖大海提取液后尿液中生长的草酸钙晶体（图1c），与图1b相似，也有两种形貌；当加入0.5g·ml-1胖大海提取液后尿液中生长的草酸钙晶体为大小均匀的四方锥形晶体（图 1d）；加入 1.0g·ml-1胖大海提取液后尿液中生长的草酸钙晶体为四角双锥柱形（图1e）。由于COM型晶体是六边形片状结构[14]，COD晶体形状为四方锥形[15]，可以判断，未加胖大海提取液的尿液中生长的草酸钙晶体为 COM 型；当分别加入 0.1g·ml-1、0.2g·ml-1胖大海提取液后尿液中生长的草酸钙晶体是COM与COD共存的草酸钙晶体；当分别加入0.5g·ml-1、1.0g·ml-1胖大海提取液后尿液中生长的草酸钙晶体为COD型晶体，同时比较图1d、1e，可以看出，加入1.0g·ml-1胖大海提取液后尿液中生长的草酸钙晶体体积（柱体长约为1.5μm）比加入0.5g·ml-1胖大海提取液后尿液中生长的草酸钙晶体体积（平均边长约2.5μm）小。从以上讨论推测，胖大海提取液对尿液中生长的草酸钙晶体的影响是随着胖大海提取液浓度增大，草酸钙晶体以COD晶体存在的趋势增大，所得COD晶体尺寸随之减小。因此可以判断胖大海提取液能阻断尿液中生长的向COM晶体转化，且能减小COD晶体尺寸。

2.1.2 样品的FTIR光谱

图2 不同浓度胖大海提取液中草酸钙的FTIR谱图

图2为不同浓度胖大海提取液中生长的草酸钙晶体的FT-IR谱图。未加胖大海提取液时，生长的草酸钙晶体的FT-IR光谱图 （图 2a）显示，COO-的伸缩振动带 ν（COO-）为 1325cm-1，反对称伸缩振动带 νas（COO-） 在 1615cm-1和1670cm-1处出现双峰；图 2b是在加入0.1g·ml-1胖大海提取液中生长的草酸钙晶体的FT-IR光谱，COO-的伸缩振动带 ν（COO-）为 1325cm-1，νas（COO-） 在 1618cm-1和 1650cm-1处出现双峰，并在655cm-1和620cm-1处又出现双峰；在加入0.5g·ml-1胖大海提取液中生长的草酸钙晶体的FT-IR 光谱（图 2c）显示，1325cm-1为 COO-的伸缩振动带 ν（COO-），在 1618cm-1和 1660cm-1处的双峰为 νas（COO-），在 618cm-1处出现指纹区特征峰；当加入1.0g·ml-1胖大海提取液时，尿液中生长的草酸钙晶体的FT-IR光谱（图 2d）显示，1325cm-1为 COO-的伸缩振动带 ν （COO-），在1620cm-1和 1655cm-1的双峰为 νas（COO-），在指纹区特征峰出现在618cm-1处。由于COM晶体的COO-的伸缩振动带 ν（COO-）为 1325cm-1，反对称伸缩振动带νas（COO-）双峰位置为 1615cm-1、1670cm-1，特征峰为655cm-1；COD晶体的COO-的伸缩振动带 ν（COO-）为 1325cm-1，反对称伸缩振动带 νas （COO-） 双峰位置为 1618cm-1、1655～1660cm-1、特征峰为 618～620cm-1[16]，因此，可以推测当未加胖大海提取液的尿液中生长的草酸钙晶体为COM晶体； 当分别加入 0.1g·m l-1、0.5g·ml-1胖大海提取液时，尿液中生长的草酸钙晶体为COM和COD共存的晶体；当加入的胖大海提取液浓度达到一定量，如达到1.0g·ml-1时，尿液中生长的草酸钙晶体主要COD晶体，与SEM推测结果一致。

2.1.3 不同浓度胖大海提取液条件下的草酸钙晶体的XRD图

图3 加入不同浓度胖大海提取液后尿液中生长的草酸钙晶体的XRD图谱

图3为在不同浓度胖大海提取液中生长的草酸钙晶体的XRD图谱。尿液中生长的草酸钙晶体在未加胖大海提取液时的XRD谱（图3a）显示，位于 15.08°，24.44°和 30.20°处的衍射峰分别对应于COM晶体（JCPDS卡片号：20-0231）的（01）、（020）和（02）晶面；图 3b 为加入 0.1g·ml-1的胖大海提取液后生长的草酸钙晶体的XRD谱，2θ 为 14.22°，19.90°，32.22，37.16°和 40.23°处的衍射峰分别对应于COD晶体（JCPDS卡片号：17-0541）的（200），（211），（411），（103）和（213）晶面，因此，可以推测，未加胖大海提取液在尿液中生长的草酸钙晶体为COM晶型；加入浓度为0.1g·m l-1的胖大海提取液后生长的草酸钙以COM、COD两种晶型共同存在；图3c与图3b比较发现图3c中COM型晶体的衍射峰除（020）面衍射峰外，其它衍射峰基本消失，表明此时草酸钙晶体主要以COD晶型存在，还有少量COM晶型存在；而图3d与图3c比较，则与其相似，表明此时所得草酸钙晶体也主要为COD型；图3e与图3c、图3d相似，但COD型晶体的衍射峰明显增强，表明此时所得草酸钙晶体也主要为COD型。以上结果与SEM图及FTIR光谱推测的结果吻合。

2.2 胖大海提取液对草酸钙结晶影响的机理探讨

图4 胖大海提取液的红外光谱

在500～3000cm-1范围内，用KBr压片法分别测定胖大海提取液、胖大海提取液与CaCl2溶液的混合液的红外光谱，见图4。由图4a中可以看出位于1650cm-1、1410cm-1处有吸收峰，从有机基团红外光谱图谱所查，得知位于1650cm-1处的吸收峰是νsC=O的伸缩振动，1410cm-1处的吸收峰是νC-OH的振动峰，这是由于胖大海提取液中含有阿拉伯糖、半乳糖等多糖[18]的原因。从胖大海提取液与CaCl2溶液混合液的红外光谱图（图4b）可看出，胖大海提取液中加入CaCl2溶液后，νsC=O的伸缩振动峰及νC-OH的振动峰发生变化，向高频移动，分别移至1660 cm-1和1450cm-1。这可能是由于胖大海提取液中多糖的羟基、羰基等通过配位作用与Ca2+结合形成可溶性配位化合物，降低了Ca2+与Oxa2-的结合能力，使得CaOxa的成核和生长被抑制。

3 结论

COM型草酸钙晶体热稳定性比COD型强，只有使用添加剂将COD全部覆盖，COD在尿液溶液中才能不转化为COM型晶体[17]。因此，本论文实验中，当加入胖大海提取液浓度较小（≤于0.1g·ml-1）时，COD晶面不能全部被其有效成分多糖分子包裹，因而COD转变为COM的趋势不能完全被阻断，故COM和COD两种晶型会共同存在。当胖大海提取液浓度足够大（≥0.5g·ml-1）时，其有效成分多糖分子与COD的吸附键合点较多，COD晶面可能全部被其有效成分多糖分子包裹，导致COD转变为COM受阻，则形成的草酸钙晶体主要为COD型。

胖大海提取液中的阿拉伯糖、半乳糖等有机分子能够使草酸钙亚稳溶液中的可溶性Ca2+离子浓度增加，使COM晶体的生长受到阻断，从而减少了COM晶体的聚集，并且由于胖大海提取液含有的多糖的羰基和羟基与Ca2+配合，通过配位平衡覆盖了COD晶体，阻断其转化为COM晶体，使COD晶体相对稳定，并且这种阻断作用随着胖大海提取液浓度增大而增大。由于COD型晶体与肾小管细胞的细胞膜结合力较小，易于随尿液排出体外，故胖大海提取液能阻断COD晶体转化为COM晶体的作用实际上也就是减小草酸钙与尿路细胞膜粘附的作用，进而有利于阻断草酸钙结石的形成。这个结果表明，胖大海除可以作为清咽利喉药材外，还可以作为防治草酸钙结石的药食两用药材。

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